Ti80鈦合金是我國研制的875MPa級耐蝕可焊α+β型結構鈦合金，名義成分為Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo（國標牌號TA31），兼具高強度、低密度、耐腐蝕、耐高溫及優異的沖擊韌性、斷裂韌性與焊接性能，在航空航天、軍工、海洋工程等領域應用廣泛。其高沖擊韌性的實現，一方面依賴制備工藝優化，如控制軋制變形量使心部組織細化、采用間歇式冷卻改善厚板組織一致性，以及在β相區和相變點以下精確控制鍛造火次、變形量與冷卻方式，讓鍛坯組織均勻；另一方面通過調整合金成分，增加β穩定元素Mo的含量來降低相變點、細化α相晶粒，從而強化合金并提升沖擊韌性（需控制Mo含量以防焊接性能下降）。

在應用上，Ti80鈦合金憑借耐海水腐蝕與高沖擊韌性，用于潛艇耐壓殼體、船舶結構件等海洋工程領域；在航空航天中，可制作機翼大梁等結構件以減輕重量并保證強度；也能用于石油化工的管道、閥門等設備，抵抗腐蝕與沖擊載荷。當前該合金沖擊韌性的研究聚焦于工藝優化與成分微調，未來可能探索增材制造等新制備技術及多元合金化體系，以進一步挖掘其性能潛力，滿足高端裝備制造的更高需求。利泰金屬通過制備工藝、海洋領域的深度應用，闡述Ti80鈦合金緣何成為海洋深度應用鈦材的新貴。

一、制備工藝與熱處理技術

1. 成分設計與熔煉控制

成分要求：

Al（5.5%~6.5%）、Nb（2.5%~3.3%）、Zr（1.8%~2.2%）、Mo（1.0%~1.2%），氧含量嚴格控制在0.038%~0.069%以平衡強度與韌性。

雜質限制：C≤0.01%、N≤0.01%、H≤0.008%，避免氫脆和晶界脆化。

熔煉工藝：

采用三級真空自耗電弧熔煉（VAR），使用氧含量≤0.03%的0級小顆粒海綿鈦，確保成分均勻性。

2. 鍛造工藝優化

單相區開坯鍛造（β相變點以上10~20℃）：

分兩火次，總變形量≥90%，破碎粗大鑄態組織。

兩相區鐓拔鍛造（β相變點以下15~40℃）：

分三火次，每火次鐓粗變形量＞50%，促進α相球化和β晶粒細化。

關鍵參數：

轉移時間≤40秒，防止溫降導致開裂；終鍛溫度≥Tβ-250℃。

3. 熱處理工藝

高溫退火（970~990℃×1.5h）：

使初生α相充分球化（晶粒尺寸12~25μm），沖擊韌性≥75J/cm2（較常規工藝提升50%）。

退火后冷卻：空冷（AC）避免殘余應力，兼顧強度（抗拉≥840MPa）與塑性（延伸率≥12%）。

工藝對比：

常規工藝：沖擊韌性約50J/cm2，心表組織不均

優化工藝：沖擊韌性≥75J/cm2，全截面性能波動＜5%

二、制造工藝創新與標準體系

1. 厚板軋制關鍵技術

分層控溫軋制：

板坯表面復合純鈦板（1.5~3mm）并涂防氧化涂料，減少熱損失。

兩階段控溫：第一階段變形量20~35%，第二階段降溫20~40℃后大變形量軋制（30~50%）。

矯直工藝：

厚度≥90mm采用軋機平整（單道次壓下0.5~1.0mm），厚度＜90mm用矯直機（速度0.5~1.0m/s）。

2. 執行標準與質量控制

成分標準：

Al（4.3~7.2wt%）、Nb（1.85~4.15wt%）、Mo（0.15~2.05wt%），符合GB/T 3620.1。

性能標準：

退火態要求：抗拉強度≥840MPa，屈服強度≥740MPa，沖擊韌性KV2>50J（GJB 2744A-2019）。

無損檢測：

Φ>100mm棒材需全體積超聲波探傷，缺陷閾值≤φ2mm（HB 7716）。

三、海洋領域深度應用

1. 核心應用部件

深潛器耐壓殼體：

“蛟龍號”改進型：直徑2.1米載人球殼，Ti80板材分瓣沖壓成型后窄間隙焊接，承受4500米水壓（約45MPa）。

優勢：較TC4 ELI減重15%，焊接系數達母材90%。

潛艇結構件：

俄羅斯“臺風級”核潛艇耐壓殼體，抗深水爆炸沖擊（沖擊韌性＞100J）。

聲吶導流罩與螺旋槳：

透聲率＞98%，耐空蝕壽命為銅合金的3倍以上。

2. 技術突破案例

4500米載人球殼制造：

中船重工725所采用“瓜瓣拼接”工藝：突破Ti80厚板（≥50mm）軋制、球瓣成型（壁厚均勻性＞95%）、整球消應力退火（650℃/8h）三大難題。

寶鈦集團半球成型技術：

電子束焊接替代手工焊，焊接效率提升40%，熱影響區寬度縮減至傳統TIG焊的1/3。

四、技術挑戰與未來趨勢

1. 現存技術瓶頸

大尺寸組織均勻性：

Φ>500mm棒材心部晶粒粗化（強度波動＞10%），需開發多向鍛造+梯度冷卻技術。

焊接氧化控制：

高溫區吸氧導致脆化，局部真空激光焊可將氧含量壓降至＜0.15%。

2. 前沿發展趨勢

增材制造應用：

激光選區熔化（SLM）制備薄壁水聲結構件，材料利用率提升40%，周期縮短60%（中國航天科工案例）。

智能化工藝控制：

數字孿生優化熱處理參數（試制成本↓70%），AI動態調控軋制變形量（響應時間＜50ms）。

綠色低成本化：

廢鈦氫化脫氫技術（寶鈦集團）降低海綿鈦能耗30%，2030年再生鈦應用比例目標30%。

3. 市場前景預測

海洋裝備需求激增：

2025-2030年中國深海裝備鈦合金消費量CAGR達10-25%，Ti80在耐壓結構件中滲透率將超60%。

軍民融合擴展：

全鈦漁船（減重40%）、海上浮式平臺錨鏈系統等民用領域加速替代傳統材料。

結論

Ti80鈦合金通過成分-工藝-組織協同調控（低氧熔煉+高溫鍛造+退火）實現高沖擊韌性（≥75J/cm2），成為深海耐壓結構的首選材料。未來需突破大規格均勻性與焊接氧化控制兩大瓶頸，并通過增材制造與智能化工藝進一步降低成本。隨著中國深海戰略推進，Ti80將在載人深潛器、核潛艇、海洋平臺等領域實現“材料-設計-制造”全鏈條自主化，奠定海洋強國建設的材料基石。